空场采矿法的矿柱回收与空区处理.pdf

8 甘肃有色金 属 第 1 7卷第 2期 空场 采 矿 法 的矿 柱 回收 与 空 区处 理 张 文 斌 白银有 色金 属公 司 甘肃 白银 7 3 0 9 0 0 摘要 空 场 采 矿 法 的 矿 柱 回 收 和 空 区 处 理 是 该 采 矿 方 法 的 难 点 ，本 文 正 是 基 于 多年 的 生产 实 践 ， 总结 出不 同矿 岩 条 件 下的 顶柱 、间柱 、底柱 回 收和 空 区处理 的 工作 经验 ．希冀 对 同类型矿 山有 所借 鉴 。 关 键 词 矿 柱 回 收 空 区 处 理 残 矿 回 收 空 场 采 矿 法金 属 矿 山 1 前 言 空 场 采 矿 法 具 有 矿 房 采 矿 围岩 边 界易 于 控制 ，贫化 、损 失率低 的特点 。矿房爆破 因 采 用 多 排 同段 微 差 挤 压 爆 破 等 新 技 术 ，大 块 率低 ，出矿 效率 高 。由于矿柱矿量 一般 占矿 房 矿 量 的 3 8 4 0 ，所 占 比重 较 大 ，如不 能 很好 回收 ，将会增 大矿石损失 ，降低经济效 益 ，而且矿 房 回采后形成较大空 区 ，不及 时 处理 将给 采场 的稳 固及安 全生产造 成 隐患 ， 因此空 区处理 和矿柱 回收方案成 为该采矿方 法 的 关 键 。 白银 公 司 辉 铜 山矿 、深 部 铜 矿 在 空 场 法 矿 柱 回 收及 空 区处 理 中采 用 不 同的 方 法取得一些值得借 鉴的经验 ，矿柱矿石 回收 率 达 到 8 4 ． 5～ 8 6 ． 7 9 ／ 6 ， 损 失 率1 0 ． 7～ 1 3 ． 2 5 ，贫 化 率 8 ． 5 ～ l 1 ． 4 。 2矿 柱 回 采 方 法 矿柱崩 落通 常采用深孔 、中深孔 、药室 和 浅 孔 等 方 法 。 如果 实 际 情 况 允 许 ．将 上 述 几种方法有针对性 地联合使用能产生更好的 效 果 。在 回采 中 以 中 深 孔 为 主 ，对 复 杂 地 段 辅以深孔和药室 ，每 米炮孔 崩矿量控制在 5 t 以内 ，可 获 得 破 碎 均 匀 的 矿 石 。为 此 应开 掘 必 要 的 凿 岩 巷 道 或 硐 室 ，为 深 孔 、 中深 孔 凿 岩创造条件 ，以便更 多更好地 回采矿柱 。 2 ． 1 分 段 凿 岩 阶段 空场 采 矿 法 的 矿柱 回采 阶段 高 6 0 m，矿块 长 5 0 m，凿岩分段 高 1 0 m ，底 柱 高 1 l m ，顶 柱 高 9 m ，间 柱 宽 8 ～ 1 0 m。 先 开掘间柱天井 ， 在天井 中依次开凿 二 次破碎巷道 、拉底巷 道、漏斗或崭沟 、分段 凿 岩 巷 道 等 ， 然 后 掘 进 中央 切 井 及 切 割 巷 道 。 根 据 已 控 制 的矿 体 边 界 ，在 分 段 凿 岩 巷 道 用 YG一 8 0或 Y G一 9 0型 钻 机 施 工 上 向 扇 形 炮 孔 。以 切 割 天 井 为 自由 面 ，拉 开 切 割 槽 ，然 后从 两侧 向切 割槽依 次爆破 ，直到矿房矿 量 回 采 完 成 。辉 铜 山矿 矿 房 回 采 完 毕 ，上 盘 围 岩暴 露 面 积 达 到 3 0 0 0 m ，深 部 铜 矿 4 1 矿 体 空 场 采 矿 法 矿 房 回 采 后 上 盘 暴 露 面 积 1 3 7 2 m ，矿 房 回采 结 束 后 务 必 以 最 快 的速 度 进行 矿 柱 回收 。 在未经充填 的采场 中回收其 矿柱 ，用 大 量装 药一次崩 落一个 天井 的间柱及相邻两 个 采 场的顶底柱 。间柱 和底柱 用垂 直扇形 中深 孔 ，顶柱用水 平倾斜 中深孔 或辅 加深孔 。每 次爆 破 范 围 为 一 个 天 井 间柱 及 该 天 井 相 邻 采 场各一 半顶柱成 “ T”型 。 上 中段底 柱与下 中 段顶柱 同时 回采时 ，仍 以一个 天井 间柱为 中 心成 “T ”型 。崩落 的矿石 利用 该 中段底部 结 构 放 矿 。为 保 证 下 中段 作 业 安 全 ，在 爆 破 收 稿 日期 2 0 0 2 0 3 作 者简 介 张 文斌 1 9 6 4 一 ．男 ．采矿 。I 程师 ．大学 ，1 9 8 8年毕 业于 南 方冶金学 院采矿 专业 。 维普资讯 第 l 7卷第 2期 空 场 采 矿 法 的矿 柱 回 收 与空 区处 理 9 前 放 矿 中段 底 柱 以 上 预 留 l O b 2 0 m 厚 松 散 矿 石 作 为 “ 爆 破 落 矿 缓 冲 垫 层 ” ，暂不 放 出 。 2 ． 2采 用 合理 方 式 充 分 回收 顶柱 2 ． 2 ． 1盲 井 、 中 深 孔 凿 岩 回收 顶 柱 在 矿 柱 回采 中丢 矿 和 产 生 大 块 的情 况 多 发生在顶柱 回收部分 ，这 是因为 ①顶柱矿 量 占矿柱量的 2 8 3 8 ；②顶柱 回采凿岩爆 破 难 度 较 大 ，爆 破 效 果 难 以 控 制 。虽 然 在 两 端 间 柱设 有 顶 柱 天 井 凿 岩硐 室 ，但 是 因 矿 块 长 5 0 m，用 YG一8 O钻机施工 ，有相 当部分 矿 石 控 制 不 到 ；用 EA一 8 O钻 机 施 工 也 由 于 有采场 中央切割井及矿 体形状不规则等因素 影 响 ，难 以控 制 顶 柱 全 长 。 因 此 对 顶 柱 中部 矿量采用 以下 回采方 法 1 在矿体下盘崩 落带 以外 指采场高 度而言 ， 从底部结构 的顶 端划分崩落带 ， 一 般距采空 区边缘 不少 于 3 m 处 下掘地井凿 岩 硐 室 ，同 时 用 浅 孔 钻 机 钻 凿 2 ～ 3个 直 径 1 0 0 mm 孔 与 矿 房 空 区 联 通 作 为 排 水 孔 ，在 地 井 凿 岩 硐 室 中用 YG一 8 O或 YG一 1 0 0型 钻机施工水平倾斜炮孔 。 2 矿 房 回 采 前 在 切 割 天 井 中施 工 凿 岩 平 台，以切割井为 中心 3 6 0 。 范围布孔 ，提前 将 顶 柱 中部 中 深 孔 施 工 完 成 。 这 两种方法对 于最大 限度 回采 顶柱效果 显 著。 但是第一种方法是 在采空区附近作业 ， 必须对 围岩稳 固程度做周密调查 ，在保证作 业 安 全 的前 提 下 进 行 。 2 ． 2 ． 2矿 柱 下 盘 布 置 回 采 巷 道 回 收 顶 柱 由于深部 铜矿 4 1 矿体 顶柱上 部 1 6 5 5 水 平 以上 区域 残存 着 原 露 天 采 场 约 4万 吨矿 石 ，因此确定如下 回收方案 同次爆破顶柱 及 残 矿 ，顶 柱 超 前 上 部 残 矿 ， 以下 部 空 场 为 自由面分层微差爆 破。残矿首先在靠近下盘 微差爆 破形成切槽 ，随后侧 向崩矿 ，崩落矿 量 4万 吨 。 顶 柱 回 收 在 1 6 4 7水 平 的 下 盘 脉 外 处 开 掘总 长 4 7 m 的 放 顶 凿 岩 巷 道 ， 进 行 顶 柱 回 收 的 凿 岩爆 破 施 工 。炮 孔 采 用 倾斜 排 面 和垂 直 排 面 两 种 方 式 布 置 ，顶 柱 采 用深 孔 回 采 ，残 矿 回 收采 用 上 向 扇 型 中 深 孔 排 面 。 1 凿 岩参数 顶 柱 回 收 的倾 斜 排 面 共 有 3排 ，排 面角 排面与水平 面的夹角分别为 5 。 、1 2 。 、1 9 。 ， 各 排 面 内 孔 底 距 2 ． 5 m，孔 径 l O O mm ，3排 面之 间 孔 底 距 2 ． 6 m。 垂 直 排 面 共 有 2 6排 ， 排 距 1 ． 6 m． 孔 底 距 1 ． 4 ～ 1 ． 6 m， 炮 孔 直 径 6 0 mm。炮 孔 总 长 3 1 8 3 ． 6 m 其 中 1 O O mm 孔 1 3 6 0 ． 7 m ， 6 0 mm 孔 1 8 2 2 ． 9 m ，平 均 孔 深 1 7 ． 5 m， 崩矿 量 4 ． 7 7 t ／ m。 残矿 回收采用小 抵 抗 线 ，大 孔 底 距 布 孔 参 数 ，排 距 1 ． 2 m 拉 槽 1 ． O m ，孔 底 距 1 ． 8 ～ 2 ． 4 m，炮 孔 密 集 系 数 1 ． 5 ～ 2 ． 0 ，炮 孔 直 径 6 0 mm ，炮 孑 L 总 长 6 0 4 9 m，崩矿量 4 ． 1 t ／ m。凿岩设备 分别采用 YG一 8 O型 凿 岩 机 和 YQ一 1 0 0型 浅 孔 凿 岩 机 。 2 顶柱 、残矿崩落方式 顶 柱 爆 破根 据 雷 管 实 际 段 数 ．分 成 东 西 两 个 区 。 首 先爆 破 东 区 ，为 上 部 残矿 回 收 创 造 条 件 ，然 后 回 采 西 区 。两 区 均 以下 部 空 场 为 自由面采 用非电导爆管毫秒延期雷管 由下 而上分层微 差爆 破 ，共分 3层 ，每层划分 范 围 。 第一层炮孔倾 角小 于 1 O 。 ， 第 二层炮孔倾 角 1 5 ～2 O 。 ，第三层炮孔倾角 3 O ～5 0 。 ，根 据 毫 秒延期 时间和矿 房 回采爆破 经验 ，3层雷 管段数 为东 区 2 、 4 、 6段 ， 西 区 8 、 1 O 、 1 2段 ， 每一 同段爆破层厚度 3 ～4 m。 1 6 5 5水平 以上 残矿 回收 ，分两个 区进行 多排同段微差挤 压 爆 破 。一 区在矿体下 盘 ，作 为拉槽 区，雷 管 段 数 为 1 O 、1 2段 ，二 区 为 大量 落矿 区 ，雷 管 段 数 为 1 3 、 1 4 、 1 5段 ，同 段 爆 破 层 厚 度 为 3 ． 6 m。爆破 所采用炸药 为粉 状铵松 蜡炸 药 。 装 药 系 数 顶 柱 采 用 0 ． 4 7 ，残 矿 回 收 采 用 0． 85。 3 爆 破 效 果 及 主要 技 术 指 标 将 矿 柱 和上 部 残 矿 进 行 一 次 回 收 ，同 时 解 决 了顶 柱 、 残 矿 回收 的 工 艺 和 空 区 安 全 隐 患 。爆 破 后 对 空 区 上 盘 进 行 了观 测 ．未 发 现 明 显 岩 移 现 象 ，距 矿 块最 近 的 一 中段 运 输 巷 维普资讯 1 0 甘肃有 色金属 第 1 7卷第 2期 道、1 6 2 7水平铲运机硐室 、底部结构等 主要 工 程 和 相 应 区域 的 设 备 设 施 未 受 影 响 ，爆 破 效 果 比较理想 ，同时取得了较好的技术经 济 指标 和 经 济 效 益 表 1 。 表 1矿柱 及残 矿 回采 主要技 术经 济 指标 2 ． 3 VC R 采 矿 法 的 矿 柱 回收 2 ． 3 ． 1 矿 柱 回 收 前 概 况 深 部 铜 矿 VC R 法 采 场 选 择 在 矿 岩 稳 定 性较 好的东部 1 主矿体 3 0 0 4 0 0勘探线 、 1 6 2 7 ～ 1 5 9 5水 平 范 围 内 ，自东 而 西 布 置 3个 矿 房 采 场 和 2个 间 柱 采 场 。矿 柱 回收 区域 主 要 在 1 6 2 7水 平 以 上 、3 2 5 ～ 3 4 2勘 探 线 范 围 内。该 范 围位 于 露天 采 场 底部 ，实 际标 高 1 6 4 9 m。2 9 4 ～ 3 2 5勘 探 线 区 域 为 露 天 矿 东 边 坡 延 伸 部 分 ， 东 边 坡 1 6 3 9水 平 以上 用 无 底 柱 分段崩落法 回采结束 ， 其上部为矿 岩覆盖层 ， 厚 度 约 为 2 0 2 5 m。在 矿 柱 回 采 前 已形 成 3 个 VCR 法 凿 岩 硐 室 ，其 中 1 硐 室 采 用 VC R 法 回采 完 毕 ，形 成 1 6 2 7 ～ 1 5 9 5水 平 的 采空 区 ， 空 区暴露面积 4 1 2 ． 5 m ，高 3 6 ． 5 m， 空区体积 1 3 0 4 8 ． 8 m。 ； 3 凿岩硐室暴露面积 5 2 2 ． 5 m ，空 区体积 2 3 5 1 ． 3 m。 ； 5 凿岩硐室 暴 露面积 6 8 4 m ， 空 区体积 3 0 7 8 m。 。 在 2 穿 脉 与 1 、 3 凿 岩硐 室 之 间 均 有 5 ～ 7 m 厚 的 间 柱 ， 3 与 5 硐 室 之 间 ， 8 穿 脉 与 5 硐 室 之 间 有 8 m 厚 的 间柱 ； 8 穿 脉 、 5 硐 室 顶 柱 厚 2 1 ～ 2 3 m。 2 ． 3 ． 2初 次 矿 柱 回 收 VCR 采 矿 法 在 1 采 场 回 采完 毕 后 ，确 定 了 1 、 3 、 5 凿 岩 硐 室 顶 柱 、 间 柱 一 次 性 回收方案 。在 3 、5 凿岩硐室之 间的间 柱 中 钻 凿 了规 格 为 1 ． 5 1 ． 5 m，深 为 1 ． 5 m 的 1 0个硐室作 为爆 破药室来 削掉该间柱 ， 在 8 穿 脉 中 开 凿 4个 中深 孔 凿 岩 天 井 ，2 穿 脉 中开 凿 5个 中深 孔 凿 岩 天 井 。 以 凿 岩 天 井 为 基 础 施 工 倾 斜 扇 型 中深 孔 控 制 顶 柱 矿 量 ， 2 穿 脉 、 8 穿 脉 中深 孔 布 置 的边 孔 角 为 4 5 。 。 该 方 案 一 次 装 药 总 量 为 3 8 ． 2 t 。 实 际 爆 破 效 果 5 硐 室 形 成 一 个 宽 9 ． 5 m， 高 1 2 ． 4 m， 长 l 1 ． 5 m 的 空 场 ，3 硐 室 仅 与 1 6 3 9 m 巷 道 贯 通 ， 2 穿脉形成一 个宽 3 ． 5 m 的漏矿崭沟 ， 8 穿 脉 基 本 拒 爆 。 2 ． 3 ． 3原 因分 析 1 地表是原露 天采 场 ， 节 理裂隙发育 ， 中深孔 施工夹 钎率高 ，顶柱 支护时所用锚杆 对第一层 中深 孔施工影 响很 大 ，凿岩很难达 到 实 际位 置 。 2 间柱 凿 岩 边 孔 角 为 4 5 。 ， 未 能 充 分 控 制 间 柱 矿 量 ，从 而 导 致 顶 柱 不 能 回收 。 3 1 6 3 9水 平 以上 边 坡 实 际标 高 及 位 置 、 采 矿情况 资料不确切 ，使设计产生差异 。 4 初 始 爆 破 自 由面 不 充 足 ，爆 破 效 果 不 理 想 。 5 顶 部 锚 杆 金 属 网 喷 砼 支 护 所 形 成 的 拱型结构对顶柱 的支 撑作用 明显 ；药室爆 破 时 自 由面 封 堵 方 式 不 完 善 ，影 响 间柱 爆 破 效 果 。 2 ． 3 ． 4 摸清 地质情 况 ， 因地制宜确定矿柱 回 采 方 案 VC R 法 采 场 矿 柱 的 初 次 回 收 充 分 说 明 了矿 柱 回收 的爆 破 规 模 、难 度 较 大 ， 以及 地 质 资料 的重要 性 。因此在 回采前 ，必须首先 摸清地 质情况 和矿柱受力情 况 ，尤其是露天 转井 下开采的矿 山， 尤为重要 。 针对 VC R法 采 场 矿 柱 回采 过 程 中 所 遇 到 的 问题 ，我 们 采 取 了 以下 补救 措 施 。 1 8 进 路 用 浅 孔 钻 机 重 新 施 工 1 0 0 mm 的深 孔 ，首 先 钻 凿 数 个 垂 直孔 贯 通 地表 ，摸清 顶柱实 际厚度 ，给 回采 设计 提供 详实的 资料 。 维普资讯 第 1 7卷第 2 期 空场采矿法 的矿柱 回收与空 区处理 2 在 3 硐 室 联 络 巷 道 距 硐 室 5 m 处 上 掘天井 ，然后 向 5 硐室方 向拉 开 1 0 m 中深 孔 凿 岩 巷 道 ，用 YG一 9 0钻 机 施 工 垂 直 扇 型 中 深 孔 ， 水 平 孔 深 2 5 m， 排 距 l m， 孑 L 底 距 1 ． 6 ～ 1 ． 8 m，在 所 有 间 柱 内 开 掘 深 孔 凿 岩 硐 室 ， 施 工 8 ～ 9 个 1 0 0 mm 深 孔 ， 孔 深 3 4 m， 充 分 控 制 间柱 。 3 以 1 硐 室 作 为 一 个 独 立 回采 单 元 ， 在 硐 室 西 侧 回采 巷 道 中间 和端 部 补充 切 割 工 程形成初始 落矿 自由面 ；间柱 回采 排位进行 孔加密 ，硐 室侧 面 、正面增补 中深孔排位严 格 控 制 顶 柱 矿 量 。 4 1 硐 室 、 3 ～ 5 硐 室 矿 柱 回采 分 两个 步骤进 行分次爆破 。 以 1 采 场为例 ， 炮孔 总长 4 7 4 4 ． 1 m， 承 担 矿 量 4 ． 7 t ／ m ，崩 落 矿 量 2 2 3 9 6吨 ， 品 位 2 ． 2 7 2 ％ ，矿 石 含 铜4 7 9 ． 0 8 吨， 贫 化 率 5 ． 8 ，损 失 率 4 ， 炸 药 总 量 1 3吨 ，单 耗 0 ． 5 8 k g ／ t 。爆破 充分采用 了孔 底起爆技术和 多排 同 段 爆 破 技 术 。根据 实 际 情 况 同段 起 爆 矿 体厚度 与采幅 比略大 于 0 ． 8 。矿柱 回采块 度均匀 ，大块率为 3 ，效果很好 。 3 空 区 处 理 用人工强制崩落 围岩充填空场 。根据矿 山具 体情 况 1 地表允许 陷落 ； 2 崩落 矿 岩 空 场 破 坏 后 ，不 存 在影 响 周 围 矿 体 正 常 开 采 ； 3 围岩 相 对 稳 定 ，具 有 在 一 定 时期 内形成 暂时空场 的条件 。 辉铜 山 矿 在 一 、 二 中 段 矿 柱 凿 岩 的 同时 ， 认 真 计 算 了 矿 柱 回收 后 所 形 成 的 围 岩 自然 崩 落 范 围 和 塌 陷 角 。地 表 是 2 0 m 深 ，4 0 m 宽 ， 2 0 0 m 长 的露天 采场 。在地 表上 下 盘围岩 各 2 0 m 垂 直 开 凿 1条 1 0 m 长 的凿 岩 硐 室 ， 每 侧 5个 ， 共 1 O个 。 用 YG一8 O钻机 突击凿 岩 ， 人 工 强 制 崩 落 围岩 后 ，一 、二 中段 矿 柱 同时 进 行 阶 梯 后 退 式 回采 ，由 二 中段 集 中 出矿 ，取 得 i 较 好 的 效 果 。 深部铜矿 4 1 矿体矿柱 回收之前 ， 分别 在 1 6 6 7 m、1 6 8 0 m边坡 自然崩落范 围内施 工 中 深 孔 凿 岩 巷 道 ，钻 凿 e 9 5 5 6 0 mm 的 中深 孔 1 0 8 0 0 m 和 1 0 0 mm 的深 孔 6 0 0 m。 首 先 崩 落边坡矿 岩并从井下 1 6 5 7水平 回收 。 共计 回 收边 坡 矿 石 7 3 2 0 0吨 ， 矿 石 含 铜 l l 1 2 ． 6 4吨 ， 增 创 利 润 1 1 6万 元 。 4 加 强技 术 管 理 工 作 ，降 低 贫 化 、 损 失 率 空场采 矿法的矿柱矿量约 占采场 总量的 3 8 ～4 0 ％ ，而且矿柱 回采难度 比较 大 ，必须 把现场技术 管理工 作始终贯穿于矿块 回采的 全 过 程 。 4 ． 1 摸 清 地 质 条 件 ， 全 面 掌 握 矿 房 回 采情 况 在 矿 房 回 采 的 同 时 ，必 须 着 眼 于 矿 柱 回 收工作 ，认真 收集 回采过 程中矿 岩赋存 变化 情况 。并通过现场生产对所 收集 的资料进行 校 验 ，在 切 实 可靠 的基 础 上 制定 并 实 施 矿 柱 回采 方 案 。 4 ． 2 严 格 管 理 矿 柱 回 采 施 工 质 置 所 有 的 矿 柱 回采 工 程 必 须 加 强 现 场 施 工 、验收管理 ， 根 据设计逐排逐孔对排 间距 、 孔 角 度 、孔 底 距 、孔 深 等情 况 进 行 检 查 验 收 ， 绘 制 出 相 应 的炮 孔 验 收 图 。对 于 一 些 透 孔 在 装 药 时 必 须 进 行 孔 底 处 理 4 ． 3坚 持 施 工 设 计 会 审 制 度 矿 柱 回 采 过 程 中的 总 体 方 案 ， 必 须 由采 、 地 、测人员 共同会审 ，设计不经会 审或无设 计施工管理 ， 都会导致不 良后果 ， 造成损失 。 5 结 束 语 空 场 采 矿 法 中 的 矿 柱 回收 是 该 采 矿 方法 使用成功 与否的核心 ，尤其是矿 山有 限的资 源充分 回收 与利用 和提 高综合 经济效益 的关 键 。矿 柱 回采 方案 的实施 ，从 一个侧面 反映 出矿 山综 合管理水平 。确定合理 的矿柱 回收 方案 ，对贫化 、损 失率的控 制和提高矿 山的 综合 管理水平 ，保 证矿 山生产 的正常进行有 明显 的效 果 。 维普资讯